De Melkweg is een balkvormig spiraalsterrenstelsel met een geschatte D25 isofotale diameter van 26,8 ± 1,1 kiloparsec (87.400 ± 3.600 lichtjaar) – en toch is het slechts ongeveer 1.000 lichtjaar dik in de spiraalarmen. Flatten een zo brede schijf tot die dikte en de verhoudingen worden snel vreemd: het sterrenstelsel waarin we leven is veel meer vergelijkbaar met een vel dan met een bol.
Het bevat naar schatting 100-400 miljard sterren en minstens zoveel planeten, allemaal in een baan om een gemeenschappelijk middelpunt dat astronomen pas in 2022 rechtstreeks wisten af te beelden. Tussen de zichtbare schijf en het onzichtbare materiaal eromheen is de Melkweg vreemder en groter dan de kalme lichtband die het lijkt te zijn vanuit een donkere achtertuin.
Waar We Eigenlijk Zitten
Het Zonnestelsel bevindt zich op een afstand van ongeveer 27.000 lichtjaar (8,3 kpc) van het Galactische Centrum, aan de binnenkant van de Orion-arm, een van de spiraalvormige concentraties van gas en stof die door de schijf kronkelen. Dit plaatst ons ver weg van het drukke centrum en vóór de echte rand – een redelijk gewone plaats in een sterrenstelsel met honderden miljarden sterren.
Weg van de centrale verdikking of buitenrand ligt de typische omloopsnelheid van sterren tussen 200 en 220 km/s. Elke ster in die middelste zone, inclusief de Zon, draait rond het Galactische Centrum met ongeveer deze snelheid, allemaal in dezelfde lange, stille baan opgesoten.
Een Zwart Gat Dat We Eindelijk Fotografeerden
De sterren in de binnenste 10.000 lichtjaar van de Melkweg vormen een verdikking en een of meer balken die uit de verdikking stralen, en in het absolute midden van die verdikking zit iets vreemders dan sterren. De massamoncentratie daar wordt het beste verklaard als een superzwaar zwart gat (SMBH) met een geschatte massa van 4,1 tot 4,5 miljoen keer de massa van de Zon – een object dat astronomen decennialang uit de beweging van nabijgelegen sterren hadden afgeleid voordat zij het ooit rechtstreeks zagen.
Dit veranderde op 12 mei 2022, toen de eerste afbeelding van Sagittarius A* werd uitgebracht door de Event Horizon Telescope Collaboration. Het is de tweede bevestigde afbeelding van een zwart gat ooit geproduceerd, na het superzware zwart gat van Messier 87 in 2019 – wat betekent dat de mensheid nu rechtstreeks precies twee zwarte gaten heeft afgebeeld, en een ervan is die in het centrum van onze eigen sterrenstelsel.
Sterren passeren opmerkelijk dicht bij het. Vanaf 2020 is de ster S4714 de recordhouder voor de nauwste benadering tot Sagittarius A*, op ongeveer 12,6 AU (1,88 miljard km) – bijna zo dicht als Saturnus tot de Zon nadert – terwijl het ongeveer 8% van de snelheid van het licht aflegt. Een ster die zo dicht langs een superzwaar zwart gat swing, met een aanzienlijke fractie van de lichtsnelheid, is het soort extrême fysica dat alleen voorkomt in de kern van een sterrenstelsel.
Twee Armen, Niet Vier
Decennialang toonden illustraties van de Melkweg vier grote spiraalarmen. Infraroodonderzoeken hebben dit beeld gecompliceerd: dit bewijs suggereert dat de Melkweg slechts twee grote sterre armen bezit, de Perseus-arm en de Scutum-Centaurus-arm, waarbij de anderen tot kleine structuren worden teruggebracht. De Scutum-Centaurus-arm steekt nog steeds duidelijk af in de gegevens – het bevat ongeveer 30% meer rode reuzen dan in afwezigheid van een spiraalarm zou worden verwacht, een dichtheidsteken dat zichtbaar licht alleen niet zo duidelijk onthult.
De balk in het midden van het sterrenstelsel volgde zijn eigen weg naar erkenning. Astronomen veronderstelden voor het eerst in de jaren zestig dat de Melkweg een balkvormig spiraalsterrenstelsel is in plaats van een gewoon spiraalsterrenstelsel, maar het duurde decennia om te bevestigen. Deze veronderstellingen werden bevestigd door waarnemingen van de Spitzer Space Telescope in 2005, die aantoonden dat de centrale balk van de Melkweg groter is dan eerder werd gedacht – een kenmerk dat zich voor het zicht verbergt, verduisterd door hetzelfde stof dat zo veel van het galactische centrum verbergt voor telescopen met zichtbaar licht.
Een Oud, Langzaam Roterend Halo
Voorbij de schijf draagt de Melkweg een halo van veel oudere sterren achter zich mee. In de sterhalo zijn sterren meestal oud, waarbij de meeste ouder zijn dan 12 miljard jaar, en ze bewegen zich heel anders dan schijfsterren: halosterren hebben een waargenomen radiale snelheidsdispersie van ongeveer 200 kilometer per seconde, maar een lage gemiddelde rotatiesnelheid van ongeveer 50 km/s. Schijfsterren cirkelen samen in een snelle, ordelijke stroom; halosterren drijven in een langzame, verspreide zwerm die zich in meer dan 12 miljard jaar nauwelijks heeft georganiseerd.
Recente simulaties suggereren dat een donkere materiegebied rond de Melkweg, ook enkele zichtbare sterren bevattend, kan uitstrekken tot een diameter van bijna 2 miljoen lichtjaar (613 kpc). Alleen tellen wat gloeit, de Melkweg is ongeveer 87.400 lichtjaar breed; tellen wat zijn zwaartekracht werkelijk controleert, kan het bijna 2 miljoen lichtjaar uitstrekken. Met die bredere 200 kpc-afsnijding om het sterrenstelsel te definiëren, is de Melkweg ongeveer 0,88 biljoen keer de massa van de Zon in totaal (8,8×10^11 zonnenmassa's) – de overgrote meerderheid onzichtbaar.
Een Satelliet Die Het Sterrenstelsel Rimpelde
De Melkweg is niet alleen, zelfs niet binnen zijn eigen zwaartekrachtbereik. De Sagittarius Dwarf Spheroidal Galaxy, een satelliet van de Melkweg, is ongeveer 10.000 lichtjaar in diameter en bevindt zich op ongeveer 80.380 lichtjaar van de Aarde, reizend in een polaire baan op een afstand van ongeveer 50.000 lichtjaar van de kern van de Melkweg. Het is een kleine metgezel, die over de polen van het sterrenstelsel loopt in plaats van door zijn schijf.
Hoewel klein, heeft deze satelliet zijn stempel op het hele sterrenstelsel gedrukt. In 2018 toonde het Gaia-project van het Europees Ruimtevaartagentschap aan dat de Sagittarius Dwarf Spheroidal Galaxy verstoringen in een reeks sterren in de buurt van de kern van de Melkweg had veroorzaakt, wat tot onverwachte golfachtige bewegingen van de sterren leidde, geactiveerd toen het door de Melkweg reisde tussen 300 en 900 miljoen jaar geleden. Een dwergsterrenstelsel een fractie van de grootte van de Melkweg kwam dicht genoeg in de buurt, honderden miljoenen jaren geleden, om sterren in de buurt van onze eigen galactische kern te doen rimpelen – en de rimpel was nog steeds detecteerbaar toen Gaia ernaar zocht.
Elke Ster, Twee Keer Ingekaart
De omvang van wat astronomen nu over de Melkweg weten, is veel verschuldigd aan één ruimtevaartuig. De Gaia-missie heeft het aantal waargenomen sterren in de Melkweg van ongeveer 2 miljoen in de jaren negentig naar 2 miljard uitgebreid – een duizendvoudige sprong in één generatie astronomie, en nog steeds slechts een klein deel van de 100-400 miljard sterren waarvan het sterrenstelsel naar verwachting bevat.
Een Langzame Botsing Al Gaande
De toekomst op lange termijn van de Melkweg is al geschreven in de beweging van zijn buren. De botsing Andromeda-Melkweg is een galactische botsing die in ongeveer 4,5 miljard jaar kan optreden tussen de twee grootste sterrenstelsels in de Lokale Groep, en het Andromeda Galaxy benadert de Melkweg met ongeveer 110 kilometer per seconde, zoals aangegeven door blauwverschuiving.
Wanneer dit gebeurt, zullen de twee sterrenstelsels met verrassend weinig rechtstreeks contact door elkaar heen gaan. Het Andromeda Galaxy bevat ongeveer 1 biljoen (10^12) sterren en de Melkweg ongeveer 300 miljard (3×10^11), en toch is de kans dat twee sterren botsen verwaarloosbaar vanwege de enorme afstanden tussen sterren. Twee sterrenstelsels van die schaal zullen door elkaar heen gaan, en het echte drama van de fusie zal zich bijna helemaal in de lege ruimte afspelen.